Machine Learning Approach for Frailty Detection in Long-Term Care Using Accelerometer-Measured Gait and Daily Physical Activity: Model Development and Validation Study
Notice bibliographique
Résumé
BACKGROUND: Frailty affects over 50% of older adults in long-term care (LTC), and early detection is critical due to its potential reversibility. Wearable sensors enable continuous monitoring of gait and physical activity, and machine learning has shown promise in detecting frailty among community-dwelling older adults. However, its applicability in LTC remains underexplored. Furthermore, dynamic gait outcomes (eg, gait stability and symmetry) may offer more sensitive frailty indicators than traditional measures like gait speed, yet their potential remains largely untapped. OBJECTIVE: This study aimed to evaluate whether frailty in LTC facilities could be effectively identified using machine learning models trained on gait and daily physical activity data derived from a single accelerometer. METHODS: This study is a cross-sectional secondary analysis of baseline data from a 2-arm cluster randomized controlled trial. Of the 164 individuals initially enrolled, 51 participants (age: mean 85.0, SD 9.0 years; female: n=24, 47.1%) met the inclusion criteria of completing all assessments required for this study and were included in the final analysis. Frailty status was assessed using the fatigue, resistance, ambulation, incontinence, loss of weight, nutritional approach, and help with dressing (FRAIL-NH) scale. Participants completed a 5-meter walking task while wearing a 3D accelerometer. Following this task, the accelerometer was used to record daily physical activity over approximately 1 week. A total of 34 dynamic and spatial-temporal gait outcomes, 3 physical activity variables, and 6 demographic characteristics were extracted. Five conventional machine learning models were trained to classify frailty status using a leave-one-out cross-validation approach. Model performance was evaluated based on accuracy and the area under the receiver operating characteristic curve. To enhance model interpretability, explainable artificial intelligence techniques were used to identify the most influential predictive outcomes. RESULTS: The extreme gradient boosting model demonstrated the optimal performance with an accuracy of 86.3% and an area under the curve of 0.92. Explainable artificial intelligence analysis revealed that older adults with frailty exhibited more variable, complex, and asymmetric gait patterns, which were characterized by higher stride length variability, increased sample entropy, and a higher gait symmetry score. CONCLUSIONS: Our findings suggest that dynamic gait outcomes may serve as more sensitive indicators of frailty than spatial-temporal gait outcomes (eg, gait speed) in LTC settings, offering valuable insights for enhancing frailty detection and management.
Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.
Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,011 | 0,013 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,002 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,002 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,002 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».